Cinq siècles après les travaux de Léonard de Vinci sur le contrôle des tourbillons et de leur effet dans la rivière Arno, le sujet n'est toujours pas clos. Au XXème siècle ce sont d'abord les innombrables applications pratiques (par exemple dans le domaine de l'aéronautique) qui ont été le moteur d'un progrès qui se concrétisait plutôt par le développement de modèles empiriques que par de véritables percées fondamentales. A partir de 1940, grâce en particulier au mathématicien russe Andrei Nikolaevich Kolmogorov, une véritable théorie a été proposée. Elle s'est révélée à la fois féconde en applications (en modélisation pour l'ingénieur) et pas tout à fait correcte : la théorie de Kolmogorov est invariante d'échelle (auto-similaire) alors que dans la réalité cette invariance d'échelle est brisée (un peu comme l'homogénéité de l'Univers est brisée par la présence de galaxies, d'étoiles, de cristaux, d'êtres vivants, etc.). on commence seulement depuis peu à comprendre le mécanisme physique et mathématique de cette brisure. Une véritable théorie de la turbulence pourrait naître dans les prochaines années.
Mot(s) clés libre(s) : écoulement laminaire, équation de Navier-Stokes, fluide en mouvement, forces de viscosité, mouvement brownien, nombre de Reynolds, théorie de Kolmogorov, théorie du chaos, tourbillon, transition, turbulence

Ce cours est composé de 5 parties: étude phénoménologique des fluides, champ des vitesses dans un fluide, équations dynamiques locales des fluides parfaits, écoulements d'un fluide réel-viscosité d'un fluide et nombre de Reynolds, bilans dynamiques et thermodynamiques.
Mot(s) clés libre(s) : fluide

"Matière molle ou douce, objet fragiles, autant d'appellations diverses d'une science au quotidien qui associe des compétences variées de chercheurs. Par exemple, derrière les exemples à goûter de sauces et émulsions, de soufflés, de gelées, le physico-chimiste reconnaîtra des colloïdes, des effets de surfactants, des polymères enchevêtrés. Le rhéologue étudiera, lui, les propriétés, intermédiaires entre celles d'un solide et d'un liquide, de ces objets facilement déformables. Le physicien s'attachera à une description à différentes échelles de tailles qui vont du constituant élémentaire ou tout en y appliquant ses connaissances sur la matière hétérogène et le désordre. Nous illustrerons quelques caractéristiques de tels systèmes sur l'exemple de la matière granulaire (le tas de sable) en montrant comment, à partir de "" simples "" observations ou expériences on peut en approcher les comportements "" complexes "" et souvent inattendus qui font qu'elle ne se laisse décrire ni comme un solide, ni comme un liquide ou encore ni comme un gaz lorsque les grains sont dilués. Mais, à côté de travaux pratiques sur la plage, les enjeux économiques ou environnementaux de ces études sont considérables qu'il s'agisse par exemple des matériaux de construction ou de la désertification."
Mot(s) clés libre(s) : comportement mécanique, déformation, écoulement, matière molle, mécanique des fluides, milieu granulaire, physico-chimie, physique statistique, polymère, rhéologie, science des matériaux, tas de sable

Extremely powerful computers with up to 100,000 processors have enabled unprecedented numerical simulations that are pushing the boundaries of knowledge. Join Prof. Gianluca Iaccarino as he demonstrates how he and colleagues from the Center for Turbulence Research at Stanford University are using the world’s largest computers to study fluid dynamics in interesting ways. The talk will describe several applications including creating a planet in seven days, quieting noisy jets and slowing a Formula 1 car. In this talk, Prof. Iaccarino will provide a window into intriguing physical phenomena, the challenges of extreme-scale computations and include plenty of computer graphics and art illustrating the fascinating beauty of fluid turbulence.
Mot(s) clés libre(s) : mécanique des fluides, quantification des incertitudes

La dynamique des fluides est un sujet qui s'applique largement : en biologie, en géophysique et en astrophysique, en océanographie et en météorologie, ainsi qu'en génies chimique, nucléaire, aéronautique, hydraulique et en écologie. Dans tous ces contextes, le fluide, qui est soit en phase liquide, soit gazeuse, soit sous forme de plasma (gaz ionisé), est traité comme un milieu continu représenté par les champs de densité, de pression et de vitesse satisfaisant la fameuse équation de Navier-Stokes. Cette équation décrit des phénomènes se produisant sur une très grande gamme d'échelles de longueur, allant de l'échelle ‘sub-micron' des phénomènes biologiques à un extrême, jusqu'à l'échelle ‘super-parsec' des phénomènes cosmologiques et astrophysiques à l'autre. Nous présenterons un point de vue sur ces phénomènes et discuterons en particulier l'effet dynamo, qui correspond à l'auto-excitation du champ géomagnétique due aux mouvements se produisant dans le noyau liquide terrestre, problème classique pour lequel des progrès remarquables ont été réalisés depuis ces cinq dernières décennies. Deux aspects de ce problème peuvent être illustrés par des phénomènes analogues, mais plus simples, provenant de la dynamique des corps rigides. Tout d'abord, l'auto-excitation d'un champ magnétique dans un fluide conducteur est associée à la chiralité de l'écoulement turbulent, propriété que possède le ‘rattleback', toupie asymétrique qui présente un curieux comportement quand on la fait tourner sur une table. Nous montrerons ensuite que l'instabilité dynamo est dissipatrice par nature, car il faut de la dissipation par effet Joule pour permettre l'intensification du champ magnétique, ceci sur l'échelle du temps de dissipation qui est de l'ordre de 10,000 ans dans le contexte terrestre. L'instabilité dissipatrice peut être illustrée par le phénomène familier de ‘l'oeuf montant'. La conférence sera agrémentée par quelques démonstrations simples de ce genre d'instabilités.
Mot(s) clés libre(s) : dynamique des fluides, écoulement, effet dynamo, équation de Navier-Stokes, fluide en mouvement, hélicité, inertie, milieu continu, nombre de Reynolds, tourbillon, turbulence, viscosité, vorticité

"Les récents ouragans sur la France nous ont brutalement rappelé l'importance des fluides tels que l'air et l'eau. Ces fluides obéissent aux lois de la mécanique classique de Newton. Ils sont très instables: dans le sillage d'un obstacle (sur une automobile, un TGV, un avion ou un navire), les différences de vitesse engendrent de magnifiques tourbillons en spirale, qui, tels des vagues sur l'océan, déferlent en turbulence. Cette turbulence est bien décrite à petite échelle par la fameuse "" cascade de Kolmogorov "", où les différences de vitesse entre deux points sont proportionnelles à la puissance un tiers de leur distance. La turbulence est en fait considérée comme un des derniers grands problèmes non résolus de la physique moderne. A l'heure où les biologistes élucident la structure du génome humain, des progrès décisifs sur la structure de la turbulence et des tourbillons qui la composent ont pu être faits par la résolution numérique sur super-calculateur scientifique des équations du mouvement. Un traitement d'image performant permet de visualiser les tourbillons et de suivre leur évolution. Une avancée considérable a en particulier été faite grâce au concept de "" simulation des grandes échelles "", où les fluctuations à petite échelle sont éliminées et modélisées par une viscosité turbulente intelligente. On montre des exemples de ces simulations réalisées à Grenoble (par "" viscosités spectrale ""), avec les anneaux-vortex (responsables des ronds de fumée) dans un jet, et les tourbillons en arche au voisinage d'une paroi et sur une cavité. La simulation numérique est un outil très précieux pour le contrôle de la turbulence en aérodynamique, acoustique, combustion et pollution."
Mot(s) clés libre(s) : écoulement, mécanique des fluides, simulation numérique, tempête, théorème de Bernoulli, thermodynamique, tourbillon, turbulence, viscosité, vorticité

"Les récents ouragans sur la France nous ont brutalement rappelé l'importance des fluides tels que l'air et l'eau. Ces fluides obéissent aux lois de la mécanique classique de Newton. Ils sont très instables: dans le sillage d'un obstacle (sur une automobile, un TGV, un avion ou un navire), les différences de vitesse engendrent de magnifiques tourbillons en spirale, qui, tels des vagues sur l'océan, déferlent en turbulence. Cette turbulence est bien décrite à petite échelle par la fameuse "" cascade de Kolmogorov "", où les différences de vitesse entre deux points sont proportionnelles à la puissance un tiers de leur distance. La turbulence est en fait considérée comme un des derniers grands problèmes non résolus de la physique moderne. A l'heure où les biologistes élucident la structure du génome humain, des progrès décisifs sur la structure de la turbulence et des tourbillons qui la composent ont pu être faits par la résolution numérique sur super-calculateur scientifique des équations du mouvement. Un traitement d'image performant permet de visualiser les tourbillons et de suivre leur évolution. Une avancée considérable a en particulier été faite grâce au concept de "" simulation des grandes échelles "", où les fluctuations à petite échelle sont éliminées et modélisées par une viscosité turbulente intelligente. On montre des exemples de ces simulations réalisées à Grenoble (par "" viscosités spectrale ""), avec les anneaux-vortex (responsables des ronds de fumée) dans un jet, et les tourbillons en arche au voisinage d'une paroi et sur une cavité. La simulation numérique est un outil très précieux pour le contrôle de la turbulence en aérodynamique, acoustique, combustion et pollution."
Mot(s) clés libre(s) : thermodynamique, viscosité, théorème de Bernoulli, mécanique des fluides, tempête, tourbillon, turbulence, écoulement, simulation numérique, vorticité

Une conférence de Sébastien Manneville, professeur à l'ENS Lyon. Les lessives liquides, les mousses, les shampooings, les peintures, les boues ou encore le béton sont des fluides « complexes ». En illustrant son propos par quelques travaux et résultats récents, Sébastien Manneville répond à la question "Comment coule un fluide complexe ?", question naturelle qui possède à la fois un intérêt fondamental passionnant et une importance industrielle et commerciale considérable.
Mot(s) clés libre(s) : fluide, fluide complexe, matière molle, rhéologie, savon, mousse, liquide, solide, tensioactif, polymère, cristaux liquides, suspension, ségrégation, granulaire, sable, granulaire humide, colloïde, émulsion, agrégat, mayonnaise, vinaigrette, matériau vitreux, avalanche, coalescence, viscoélasticité, micelle, écoulement, écoulement cisaillé

Le module d'auto-formation "HYDRAULIQUE pour le génie des procédés" vous permettra d'apprendre à calculer des pertes de charge, choisir et dimensionner une pompe pour circuit hydraulique dans un atelier de production. La première partie vous permettra de revoir ou d'aborder les notions de pression, débits, masse volumique et viscosité, l'analyse dimensionnelle, le nombre de Reynolds, la notion de couche limite, le principe fondamental de l'hydrostatique et l'équation de Bernoulli. La deuxième partie concerne le calcul des pertes de charge, qu'elles soient régulières ou singulières. Vous y aborderez la question du calcul des conduites et des réseaux. Ce sera également l'occasion de donner quelques éléments sur les différents types de vannes. La troisième et dernière partie est consacrée aux pompes, avec un volet sur la technologie et les critères de choix, puis la problématique du dimensionnement des pompes centrifuges et enfin le cas des pompes à vide. Ce module comporte des quiz et des exercices ; il est illustré par différents schémas, dessins, animations et vidéos. Vous disposez d'une nomenclature interactive, d'un glossaire, d'une liste des abréviations et des références bibliographiques majeures.
Mot(s) clés libre(s) : hydraulique, mécanique des fluides, hydrostatique, équation de Bernoulli, viscosité, nombre de Reynolds, profil de vitesse, couche limite, pertes de charge, pompe, dimensionnement, vanne, conduite

Présentation illustrée par un film d'une expérience reproduisant le phénomène d'eaux-mortes.
Mot(s) clés libre(s) : onde d'interface, densité, eaux mortes, couche de fluide, eau douce, eau salée, force de traînée, force de traction, hystérésis, onde non linéaire, saut de densité